DE19821297A1 - Anordnung zur Bestimmung der Absolutposition - Google Patents
Anordnung zur Bestimmung der AbsolutpositionInfo
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Abstract
Die bekannten Anordnungen bestehen aus einem Maßstab mit periodischen Magnetspuren, die aus magnetisierten Elementen bestehen, und beweglichem Sensorenkopf mit Magnetfeldsensoren, so daß jeder von Sensoren seine Position innerhalb der Periodenlänge seiner Magnetspuren feststellt. Solches Einzelmeßsystem eignet sich zur Bestimmung der Absolutposition auf einer Koordinate und hat eine begrenzte Meßlänge und großen Aufwand. Die neue Anordnung soll bei hoher Auflösung, großer Meßlänge und Geschwindigkeit des beweglichen Sensorkopfs mit geringem Aufwand herstellbar sein und auf zwei Koordinaten funktionieren. DOLLAR A Die Neigungswinkel der Ränder der magnetisierten Elemente von allen Magnetspuren gegenüber der Maßstabslängsrichtung haben die unterschiedlichen persönlichen Werte. DOLLAR A Es ermöglicht bei hoher Auflösung und größerer Geschwindigkeit des beweglichen Sensorkopfs, die größere Meßlänge auf einer oder auf zwei Koordinaten zu erreichen und die Aufwandskosten zu reduzieren.
Description
Erfindung betrifft eine Anordnung zur absoluten Positionsmessung mit einem Maßstab
und dagegen beweglichen Sensoren, die zur präzisen Ermittlung von Abständen in
gerader Linie oder auf gekrümmten (z. B. kreisförmigen) Linien, sowie zur absoluten
Positionsmessung auf flachen oder auf gekrümmten (z. B. walzenförmigen) Fläche dient.
Solche Messungen werden im zunehmenden Maß im Maschinenbau, zum Beispiel in der
Feinwerktechnik oder in der Technologie der Halbleiterbauelemente, erforderlich.
Anordnungen zur Bestimmung der Absolutposition mit optischen Sensoren (Siehe
Artikel "Raummaßstab in der Koordinatenmeßtechnik" in Zeitschrift "Kontrole" vom
Juni 1991, Seite 6 bis 10) oder mit Magnetfeldsensoren sind bekannt. So wird
beispielsweise in der Patentschrift DE 36 11 469 C2 eine Anordnung beschrieben, bei
der sich ein mit einem Dauermagnet markiertes Teil gegenüber einer Magnetfeld
sensoranordnung bewegt. Die Magnetfeldsensoren stellen die jeweilige Position des
Magnets fest. Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß bei großen Längen der Positions
veränderung eine sehr große Anzahl von Sensoren gebraucht wird, da die gesamte
Meßstrecke mit Sensoren in geringem Abstand ausgerüstet sein muß.
Eine andere Anordnung, die mit einem Magnetfeldsensor, der eine Vielzahl streifenför
miger Sensorelemente enthält, und einem Maßstab, der in einer Spur in den Bereichen
gleicher Länge eine bestimmte Anzahl von flächenhaften Codeelementen enthält, wird in
der Patentschrift DE 43 09 881 C1 angegeben. Die Längen dieser Codeelemente und ihre
Kombination sind Information über die Absolutposition zu entnehmen. In zwei neben
einanderliegenden Bereichen entspricht die Verteilung der Codeelemente einander,
jedoch ist die in ihnen gespeicherte physikalische Größe zueinander komplementär. Der
Magnetfeldsensor ermittelt die Differenzen der Größen jeweils in einem Abstand eines
Bereichs und wertet die Nulldurchgänge der Magnetfeldstärke zur Bestimmung der
Codeelementelängen aus. Der erste Nachteil dieser Anordnung ist, daß die Wiederspie
gelung der Position von Nulldurchgängen der Magnetfeldstärke eine Funktion vom
Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und der Maßstabsoberfläche ist. Es wird im
Artikel "Auf Magnet-Basis und doch hochgenau" in der Zeitschrift "Elektronik"
N25, 1995, Seite 86 bis 92 beschrieben.
Der zweite Nachteil dieser Anordnung ist, daß die größeren Ausmaße der Magnet
feldsensoren zur starken Wirkung von Störmagnetfelden und die größere Anzahl der
Sensorelementen zur Steigerung der Aufwandkosten führen.
Eine andere Anordnung, die mit zweien Magnetfeldsensoren, die auf dem relativ
Maßstab beweglichen Sensorenkopf montiert wird, und einem Maßstab mit den zweien
nebeneinanderliegenden periodischen Magnetspuren auskommt, wird in der Patentschrift
DE 33 08 404 C2 angegeben. Die beiden Magnetspuren des Maßstabs sind in perio
dischen Abständen jeweils entgegengesetzt in der Maßstabslängsrichtung magnetisiert,
die Periodenlängen der beiden Magnetspuren sind jedoch unterschiedlich, so daß die
eine von Magnetspuren auf die Gesamtlänge, d. h. auf die Meßlänge, eine Periode mehr
als die andere enthält. Jede Magnetspur wird von einem Einzelmagnetfeldsensor, der
zwei Sinus-Cosinus-Elemente enthält, abgetastet. Der Versatz zwischen den Sinus-
Cosinus-Elementen jedes Magnetfeldsensors in der Maßstabslängsrichtung ist gleich die
Viertelteil der Periodenlänge der entsprechenden Magnetspur, d. h. er ist gleich die
Hälfte der Breite ihrer magnetisierten Abschnitten. Aus den Phasen der Ausgangs
spannungen von den Sinus-Cosinus-Elementen des ersten Magnetfeldsensors wird die
Position des Sensorkopfs innerhalb einer Einzelperiode erster Magnetspur ermittelt. Aus
der Phasendifferenz der Ausgangsspannungen von beiden Magnetfeldsensoren wird die
Position dieser Einzelperiode ermittelt. Die Phasendifferenz muß zur sicheren
Positionsermittlung mit einem Fehler aus den Ausgangsspannungen von beiden
Magnetfeldsensoren bestimmt werden, der wesentlich kleiner als das Reziproke der
insgesamt vorhandenen Perioden ist.
Der erste Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß ihre Realisation die zwei Arten
des Magnetfeldsensors erfordert, weil jede Magnetspur des Maßstabs die eigene
Periodenlänge hat. Der zweite Nachteil dieser Anordnung ist, daß sie zur Positions
ermittlung nur auf einer Koordinate geeignet ist. Der dritte Nachteil dieser Anordnung
ist, daß die maximale Meßlänge und Geschwindigkeit des beweglichen Sensorkopfs bei
der höheren Forderung zur Positionsermittlung stark eingeschränkt sind.
Die Ursache davon ist die dabei existierende widerspruchsvolle Beziehung - je kleiner
die Periodenlängen der Magnetspuren sind, desto größer die Phasenveränderungen von
Ausgangsspannungen der Magnetfeldsensoren bei der bestimmten Positionsveränderung
sind die Folge, die man bei begrenzten Phasenauflösung der verwendeten Auswerte
schaltung leicht ermitteln kann. Daraus folgt, daß die kleineren Periodenlängen vorzugs
weise mit der Absicht der Sicherung der höheren Positionsauflösung benutzt werden
sollen, aber mit der Absicht der Sicherung der notwendigen Meßlänge fordert man die
größeren Periodenlängen zu benutzen. Dazu soll man die nächsten Aspekte berück
sichtigen:
- - die Auswertelektronik hat immer ihren Phasenfehler, der sich bei den verbreiternden Frequenzbereichen von bearbeiteten Spannungen vergrößert; deshalb je kleiner Perio denlänge ist, desto schwieriger ist es den Einfluß dieser Phasenfehler auf die Positions ermittlung bei höherer Geschwindigkeit des beweglichen Sensorkopfs zu vermeiden;
- - die zufälligen Neigungen der Achse des beweglichen Sensorkopfs gegen Richtung der Positionsveränderung, d. h. die unvorhergesehene Fehler der Winkelposition der Magnet feldsensoren, führen zu den zusätzlichen Phasendifferenzfehlern; je kleiner Perioden länge dabei ist, desto schwieriger kann man die zusätzlichen Phasendifferenzfehler vermeiden.
Bei 4 mm Abstand zwischen nebenliegenden Magnetspuren, 250 µm der
Hälfte der Periodenlänge erster Magnetspur, 247,5 µm der Hälfte der Periodenlänge
zweiter Magnetspur, die der Meßlänge 50 mm und der Phasendifferenzauflösung 1,8°
entsprechen, darf die zufällige Neigung der Achse des beweglichen Sensorkopfs den
Winkel 0,0358° nicht übersteigen. Die obenerwähnten Ursachen können zu einem Fehler
der Positionsermittlung, der vielfach größer als die Periodenlängen der Magnetspuren
sein könnte, führen. Die Vergrößerung der Meßlänge und die Senkung der Forderung zur
zulässigen Amplitude der zufälligen Neigungen der Achse des beweglichen Sensorkopfs
fordern die vielfache Erweiterung der Periodenlänge von Magnetspuren und die
entsprechende Erweiterung der Ausmaße der Magnetfeldsensoren, die zur starken
Wirkung von Störmagnetfeldern und zur Steigerung der Aufwandkosten führen, deshalb
je kleiner die Ausmaße der Magnetfeldsensoren sind, desto geringer Aufwand ist für die
Herstellung des Meßsystems zur Bestimmung der Absolutposition nötig.
Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung zur Bestimmung der
Absolutposition auf einer oder zweien Koordinaten anzugeben, die bei höherer Auflö
sung und größerer Meßlänge und Geschwindigkeit des Sensorkopfs mit geringem
Aufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die in der Hauptanspruch angegebene Anordnung sowie die in
den weiteren Ansprüchen formulierten Ausführungsformen gelöst. Für die Bestimmung
der Absolutposition sind nur die Ausführung der Magnetspuren des Maßstabs und die
Auswahl der Winkelpositionen der Magnetfeldsensoren entsprechend den Ansprüchen
erforderlich. Alle Magnetfeldsensoren werden sich jetzt lediglich mit den kürzeren
Periodenlängen der Magnetspuren ausgenützt, aber diese angegebenen Anordnungen
gewährleisten alle obengenannten Ziele der Erfindung, z. B. preisgünstige Ausführung.
Die Periodenlänge erster Magnetspur, die man aufs beste auswählen kann, sichert dabei
die höhere Auflösung der Absolutposition. Die anderen Magnetspuren und Magnet
feldsensoren bestimmen dabei nur die maximale Meßlänge, aber die Periodenlängen
dieser Magnetspuren und die Ausmaße der ausgenutzten Magnetfeldsensoren können
klein sein. Bei diesen Anordnungen realisiert man die Vorteile, die man bei den bekannten
Lösungen nur durch die Benutzung der größeren Periodenlänge von Magnetspuren
bekommen könnte, zum Beispiel größere Meßlänge ist erreichbar; dabei vermeidet man
die spezifischen Nachteile, die bei der Benutzung größerer Periodenlänge der Magnet
spuren vorhanden sind, zum Beispiel die Störungsauswirkung von Außenmagnetfeldern.
Dabei vermeidet man alle Nachteile, die für kleinere Periodenlänge der Magnetspuren
charakteristisch sind, zum Beispiel die zusätzlichen Phasenfehler, die bei der höheren
Geschwindigkeit des beweglichen Sensorkopfs und bei den zufälligen Neigungen der
Achse des beweglichen Sensorkopfs entstehen. Bei dieser Anordnung kann man nur
einen Typ des Magnetfeldsensors benutzen oder alle Magnetfeldsensoren (in Fall der
Messungen der Absolutposition auf einer Koordinate) auf einem Chip ausführen, da in
beiden Fällen nur kleinen Aufwand benötigt ist. Der Maßstab kann man in zweien Spiel
arten ausführen. Im ersten Fall wird die Magnetisierungsrichtung von den magnetisierten
Abschnitten aller Magnetspuren die Senkrechte auf der Oberfläche des Maßstabs ange
ordnet. Im zweiten Fall sind die Magnetisierungsrichtungen von magnetisierten
Abschnitten aller Magnetspuren des Maßstabs eigenartig, aber sie liegen allesamt in der
Oberfläche des Maßstabs. Dieser Unterschied ist einzeln und nicht prinzipiell, deshalb
wird man die Anordnungen nachstehend an zweitem Ausführungsbeispielen mit einem
Maßstab, in dem die Magnetisierungsrichtungen von magnetisierten Abschnitten aller
Magnetspuren in der Oberfläche des Maßstabs liegend sind, erläutern. In Fall die
Anordnung für die Messung auf zweien Koordinaten kann man alle Magnetspuren nicht
nur auf einer Fläche, sondern auch auf verschiedenen untereinanderliegenden Flächen
anzuordnen.
Fig. 1 zeigt einen viermagnetspurigen Maßstab und einen Sensorkopf mit den vier
Magnetfeldsensoren, die der Anordnung nach Anspruch 1, 2 entsprechen.
Fig. 2 zeigt einen viermagnetspurigen Maßstab und einen Sensorkopf mit den vier
Magnetfeldsensoren, die die Anordnung nach Anspruch 3, 5, 6, 7 erklären.
Fig. 3 zeigt einen viermagnetspurigen Maßstab und einen Sensorkopf mit den vier
Magnetfeldsensoren, die die Anordnung nach Anspruch 8 erklären.
Die Anordnung nach Anspruch 4 wird man mit Hilfe von diesen Figuren erklären.
In Fig. 1 und Fig. 2 sind vier Magnetspuren 1, 2, 3, 4 auf der begrenzenten Strecke vom
Maßstab 5 schematisch dargestellt. Auf allen Figuren sind die Koordinatensystem darge
stellt, dabei die Koordinatenachse X horizontal und die Koordinatenachse Y vertikal sind.
Die Maßstabslängsrichtung, die längs der Koordinatenachse X angeordnet wird, ist
durch die Doppelpfeile 6 dargestellt. Der im Betrieb der Anordnung sich über diese
Magnetspuren 1, 2, 3, 4 beweglichen Sensorenkopf 7 mit den Magnetfeldsensoren 8,
9, 10, 11 ist in den Zeichnungen nach rechts verschoben, damit die Maßstabsstruktur
sichtbar wird. Jeder Magnetfeldsensor 8, 9, 10, 11 tastet seine eigene Magnetspur 1, 2,
3, 4 ab. Jede Magnetspur 1, 2, 3, 4 hat ihre entsprechenden Abschnitte, die jeweils
entgegengesetzt periodisch in ihrer positiver und negativer Richtung magnetisiert sind.
Die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Abschnitte jeder Magnetspur 1, 2, 3, 4
ist durch die entsprechende Pfeile dargestellt. Die Ausmaße, d. h. Breite, der
magnetisierten Abschnitte jeder Magnetspur in ihrer Magnetisierungsrichtung sind über
die Ziffern 12, 13, 14, 15 in Fig. 1 und 2 bezeichnet, d. h. die Periodenlänge λ1, λ2, λ3,
λ4 jeder Magnetspur 1, 2, 3, 4 in ihrer Magnetisierungsrichtung haben den Wert, der
gleich die verdoppelten Breite der magnetisierten Abschnitte jeder Magnetspur 1, 2, 3, 4
ist. Die Neigungswinkel α1, α2, α3, α4 der Ränder von magnetisierten Abschnitten jeder
Magnetspur 1, 2, 3, 4 gegenüber der Maßstabslängsrichtung sind jedoch unterschiedlich
und über die Ziffern 16, 17, 18, 19 bezeichnen. Jeder Magnetfeldsensor 8, 9, 10, 11
enthält die Sinus-Cosinus-Elemente, die mit einem Versatz um die Hälfte der Breite des
einzelnen magnetisierten Abschnitts von entsprechenden Magnetspuren angeordnet sind
(d. h. um ein Viertel von den Periodenlängen λ1, λ2, λ3, λ4 entsprechender Magnetspur
1, 2, 3, 4 in ihrer Magnetisierungsrichtung) und die durch das entsprechenden Paar
Streifen von Magnetfeldsensoren 7, 8, 9, 10 in Fig. 1 schematisch dargestellt. Der
Neigungswinkel von den Sinus-Cosinus-Elementen (z. B. von magnetoresistiven
Sensorstreifen) jedes Magnetfeldsensors ist dem Neigungswinkel der magnetisierten
Abschnitte der entsprechenden Magnetspur ähnlich, wie es in Fig. 1 gezeigt wird. Die
Magnetisierungsrichtung der Abschnitten nur erster Magnetspur gegen die
Maßstabslängsrichtung hat ein Wert 0°. Daraus folgt, daß die Periodenlänge λ1 nur
erster Magnetspur in ihrer Magnetisierungsrichtung gleich ihrer Periodenlänge λ1L in der
Maßstabslängsrichtung ist. Auf Grund der geometrischen Darstellung kann man die
Periodenlänge jeder Magnetspur in der Maßstabslängsrichtung ausrechnen. Zum Beispiel
die Periodenlänge λ4L vierter Spur in der Maßstabslängsrichtung, die Hälfte deren (d. h.
die Halbperiodenlänge) in Fig. 1 mit 23 gezeichnet ist, kann man mit Gleichheit
λ4L = λ4/Sinα4
ausrechnen, wobei λ4 die Periodenlänge der Magnetspur 4 in der Magnetisierungs
richtung ihrer Abschnitten, α4 der Neigungswinkel 19 der Ränder von magnetisierten
Abschnitten der Magnetspur 4 gegenüber der Maßstabslängsrichtung ist.
Die Periodenlängen λ2L, λ3L und λ4L der entsprechenden Magnetspuren 2, 3, 4 in der
Maßstabslängsrichtung kann man durch die Auswahl von den Neigungswinkeln der
Ränder von magnetisierten Abschnitten jeder Magnetspur gegenüber der Maßstabslängs
richtung gegeneinander mit den Koeffizienten der Proportionalität festsetzen, d. h.
λ4L = K43 . λ3L = (K43 . K32) . λ2L = (K43 . K32 . K21) . λ1L
wobei K43, K32, K21 die Proportionalkoeffizienten zwischen den Periodenlängen der
vierter λ4L und dritter λ3L, dritter und zweiter λ2L, zweiter und erster λ1L Magnet
spuren entsprechend der Maßstabslängsrichtung sind.
Angenommen, daß die Proportionalkoeffizienten K43 = K32 = K21 = 30 bei
Gleichheiten der Periodenlängen λ1 = λ1L = λ2 = λ3 = λ4= 500 µm, die den Periodenlän
gen λ2L = K21 . λ1 = 15 mm, λ3L = K32 . λ2L = 450 mm und λ4L = K43 . λ3L = 13,5 m
entsprechen, mit Hilfe von Werteauswahl der Neigungswinkel α2, α3, α4 festgesetzt
werden. Es bedeutet, daß die Phasenveränderungen der Ausgangsspanungen von den
Sinus-Cosinus-Elementen der Magnetfeldsensoren 8, 9, 10, 11 bei der Verschiebung des
Sensorkopfs in Maßstabslängsrichtung die großen Unterschiede haben. Man sieht
daraus, daß bei der Verschiebung des Sensorkopfs auf die Periodenlänge λ4L = 13,5 m
der Magnetspur 4 die Phasenveränderungen der Ausgangsspanungen vom Magnetfeld
sensor 11 nur 2π, vom Magnetfeldsensor 10 2π . 30, vom Magnetsensor 9 2π . 900 und
vom Magnetfeldsensor 8 2π . 27000 betragen. Dann schätzt die Auswerteschaltung, die
auf den Zeichnungen nicht dargestellt wird, die Absolutposition des Sensorenkopfs 7
gegen den Maßstab 5 mit Hilfe von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen
vom Magnetfeldsensor 11 mit der Auflösung bis Hälfte der Periodenlänge λ3L der
Magnetspur 3, vom Magnetfeldsensor 10 mit der Auflösung bis Hälfte der Periodenlänge
λ2L der Magnetspur 2 und vom Magnetfeldsensor 9 mit der Auflösung bis Hälfte der
Periodenlänge λ1L der Magnetspur 1 ab. Danach schätzt man die Absolutposition des
Sensorenkopfs 7 mit der Auflösung der Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation
der Ausgangsspanungen des Magnetfeldsensors 8 ab. In diesem Fall ist die Meßlänge bis
13,5 m erreichbar. Die Auflösung von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen
des Magnetfeldsensors 8 bestimmt die Auflösung der Positionsbestimmung, die bei
dem Auflösungsgrad 2000 der Auswerteschaltung und bei der Halbperiodenlänge
λ1 = 250 µm der Magnetspur 1 0,125 µm erreicht.
Aber in diesem Beispiel ließ man außer Acht bei der Auswahl der Proportionalkoeffi
zienten K43, K32, K21 die zusätzlichen Phasenfehler der Ausgangsspanungen von
Magnetfeldsensoren, die wegen der Zufallsabweichung des beweglichen Sensorkopfs
quer über die Maßstabslängsrichtung, d. h. die Zufallsabweichung des Sensorkopfes in
der Richtung längs der Koordinatenachse Y, entstehen. Diese Zufallsabweichung des
beweglichen Sensorkopfs können zu den Fehlern der Bestimmungen der laufenden Halb
periodenlängen der Magnetspuren λ3L, λ2L oder λ1L führen. Diese zusätzlichen Phasen
veränderungen begrenzen die maximalen Werte der Proportionalkoeffizienten K43, K32,
K21 zwischen den Periodenlängen λ4L, λ3L, λ2L, λ1L und abhängen von den Neigungs
winkeln α2, α3, α4, von den Periodenlängen λ1, λ2, λ3, λ4 der Magnetspuren 1, 2, 3, 4
und von der Amplitude der Zufallsabweichungen des beweglichen Sensorkopfs 7. Auf
jedem Fall sollen diese zusätzlichen Phasenveränderungen der Ausgangsspanungen von
den Magnetfeldsensoren bei der Zufallsabweichung des beweglichen Sensorkopfs klei
ner als ihre Phasenveränderungen, die vom Schub des Sensorkopfs in der Maßstabs
längsrichtung auf Hälfte der Periodenlänge vorgehender Magnetspur entstehen, sein.
Es ist möglich, wie es in Anordnung entsprechend dem Anspruch 2 gewiesen wird.
In diesem Fall soll der Neigungswinkel αi der Ränder der magnetisierten Abschnitten
von nachfolgenden Magnetspuren gegenüber der Maßstabslängsrichtung den Mindest
wert αi(Δ, Bi-1) haben, der durch die Ungleichheit
αi(Δ, Bi-1) < Arctg [2.Δ.(Sinαi-1)/Bi-1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in
Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, αi-1 der Neigungswinkel der Ränder von
magnetisierten Abschnitten der vorangehenden Magnetspur gegenüber der Maßstabs
längsrichtung, Bi-1 die Breite der magnetisierten Abschnitte der vorangehenden Spur ist.
Unter Berücksichtigung der obengenannten Ungleichheit kann man den notwendigen
Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten und die Periodenlänge jeder
Magnetspur 2, 3, 4 in der Maßstabslängsrichtung ausrechnen.
Bei 5 µm der zulässigen Zufallsabweichungsamplitude des Sensorkopfs
in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung und 250 µm der Breite der magneti
sierten Abschnitte von allen Magnetspuren bedeutet es, daß der Neigungswinkel α2 nicht
kleiner als 2,29°, α3 nicht kleiner als 0,09° und α4 nicht kleiner als 0,004° sein
sollen. Zum Beispiel kann man die Werte von K43, K32, K21 gleich 20 feststellen, dann
die Periodenlänge λ2L = 10 mm und die maximale Meßlänge Lmax = 203.500 µm
erreicht dabei 4 m.
Unter Berücksichtigung von kleineren Werten der Periodenlängen aller Magnetspuren in
den Magnetisierungsrichtungen ihrer magnetisierten Abschnitten kann man alle Magnet
feldsensoren von den kleinen Größen benutzen. Dabei ist schwache Einwirkung von
Störmagnetfelden erreichbar. Das zusätzliche Gute ist, daß man nur einen Typ der
Magnetfeldsensoren benützen kann. Mit dieser Absicht ist es genug, die Ausmaße der
Schnitte der magnetisierten Abschnitte von den Magnetspuren 2, 3, 4 quer über die
festgesetzten Richtung stets gleich auszuführen. Viel besser ist, wenn die Ausmaße 20,
21, 22 der Schnitte der magnetisierten Abschnitte der Magnetspuren 2, 3, 4 quer über die
Maßstabslängsrichtung stets gleich sind, wie es wird in der Anordnung nach Anspruch 3
gewiessen, in Fig. 2 gezeigt und im folgenden näher beschrieben wird.
Die maximale Meßlänge, die bei Anordnung entsprechend den Ansprüchen 1, 2
begrenzt wird, kann man vergrößern, wenn die Anordnung zur Bestimmung der Absolut
position entsprechend dem Anspruch 4 ausführen. In diesem Fall soll der Neigungs
winkel 17 der Ränder der magnetisierten Abschnitte von der zweiten Magnetspur 2
gegenüber der Maßstabslängsrichtung den Wert 0° haben, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Diese Magnetspur benützt man jetzt ausschließlich für die Beseitigung des Fehlers, der
von der Einwirkung der Zufallsabweichungen des Sensorkopfes in Richtung quer über
die Maßstabslängsrichtung auf der Positionsermittlung früher gewesen sein kann. Es
gestattet die maximale Meßlänge zu verbreitern, weil man jetzt die Neigungswinkel α3,
α4 der Ränder der magnetisierten Abschnitte der Magnetspuren 3, 4 sowie die
maximalen Werten für ihre Periodenlänge λ3L, λ4L nur mit Berücksichtigung der
Auflösung der Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen
von Magnetfeldsensoren 9, 10, 11 wählt. Die Winkelposition der Magnetfeldsensoren 9,
10, 11 kann man gleich der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Abschnitte einer
von den Magnetspuren 2, 3, 4 festsetzen, dabei soll die X-Komponente von dem Versatz
zwischen den Sinus-Cosinus-Elementen der Magnetfeldsensoren 9, 10, 11 zum Ausmaß
20, 21, 22 der Schnitte von den magnetisierten Abschnitten der Magnetspuren 2, 3, 4
quer über die Maßstabslängsrichtung passen.
Angenommen, daß die Proportionalkoeffizienten K43 = K31 gleich 200 und
die Periodenlänge λ3L = 0,1 m, und λ4L = 20 m mit Hilfe von der Werteauswahl der
Neigungswinkel α3, α4 (bei den Ausmaßen 20 = 21 = 22 = 250 µm der Schnitten von
den magnetisierten Abschnitten der Magnetspuren 2, 3, 4 quer über die Maßstabs
längsrichtung) festgesetzt wurde. Man sieht daraus, daß die Phasenveränderungen vom
Magnetfeldsensor 9 0°, die Phasenveränderungen vom Magnetfeldsensor 8 2π.40000,
die Phasendifferenzveränderungen von Ausgangsspanungen von den Magnetfeldsensoren
10 und 9 2π.200 und von den Magnetfeldsensoren 11 und 9 nur 2π bei der
Verschiebung des Sensorkopfs 7 auf der völligen Periodenlänge λ4L = 20 m der
Magnetspur 4 betragen. Die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 gegen den Maßstab
wird aus der Phasendifferenz der Ausgangsspanungen von den Magnetfeldsensoren 9
und 11 mit der Auflösung bis Hälfte von der Periodenlänge λ3L der Magnetspur 3 und
aus der Phasendifferenz der Ausgangsspanungen von den Magnetfeldsensoren 9 und 10
mit Auflösung bis Hälfte von der Periodenlänge λ1L der Magnetspur 1 ermittelt. Danach
schätzt man die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 mit der Auflösung der
Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen des Sensors 8
ab. Man sieht aus Beispielen 3, 4, daß man bei der Anordnung nach Anspruch 4 die
maximale Meßlänge, die im letzten Beispiel gleich 20 m ist, beträchtlich im Vergleich
zur Anordnung nach Anspruch 2 zu verbreitern, weil die Zufallsabweichungen des
Sensorkopfs in der Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung in diesem Fall zu den
gleichen Phasenveränderungen der Ausgangssignalen von den Magnetfeldsensoren
9, 10, 11 führen, aber auf ihren Phasendifferenz nicht wirken.
Es gibt noch eine Möglichkeit, die maximale Meßlänge zu vergrößern. Sie besteht in der
Anordnung zur Bestimmung der Absolutposition entsprechend dem Anspruch 5 und
wird mit Hilfe von der Fig. 2 erklärt. Bei dieser Anordnung benützt man die Magnet
spur 2 nicht nur für die Beseitigung des Fehlers, der von der Einwirkungen der Zufalls
abweichungen des Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung auf der
Positionsermittlung früher (siehe Beispielen 2, 3) gewesen sein kann, sondern auch für
die zusätzliche Vergrößerung der maximalen Meßlänge. Bei dieser Anordnung hat der
Neigungswinkel 17 der Ränder der Abschnitte der Spur 2 gegenüber der Maßstabs
längsrichtung den Mindestwert α2, der durch die Ungleichheit
α2 < Arctg[2.Δ/B1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in
Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, B1 die Breite der magnetisierten Ab
schnitten der Magnetspur 1 ist.
Die Neigungswinkel α3, α4 der Ränder der magnetisierten Abschnitte von
Magnetspuren 3, 4 gegenüber der Maßstabslängsrichtung, sowie die maximalen Werten
für λ3L, λ4L wählt man jetzt nur mit der Berücksichtigung der Auflösung der Auswerte
schaltung von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen von Magnetfeldsenso
ren 9, 10, 11. Die Y-Komponente von dem Versatz zwischen den Sinus-Cosinus-
Elementen der Magnetfeldsensoren, die Magnetspuren 2, 3, 4 abtasten, soll genau so wie
die Hälfte des Ausmaßes der Schnitte der magnetisierten Abschnitte von den Magnet
spuren 2, 3, 4 quer über die Maßstabslängsrichtung sein.
Angenommen, daß (bei der Breite 250 µm der magnetisierten Abschnitte der
Magnetspur 1) der Neigungswinkel α2 mit Hilfe von der erwähnten Ungleichheit bei der
zulässigen Zufallsabweichungsamplitude 5 µm des Sensorkopfs in Richtung quer über
die Maßstabslängsrichtung festgesetzt wird. Der Neigungswinkel α2 soll in diesem Fall
nicht kleiner als 2,29° sein und die Periodenlänge der Magnetspur 2 kann man nicht
mehr als λ2L = 12,5 mm festsetzen, die dem Proportionalkoeffizient K21 = 25 entspricht.
Die Neigungswinkel α3, α4 der Ränder der magnetisierten Abschnitte von den Mag
netspuren 3, 4 gegenüber der Maßstabslängsrichtung, sowie die Werten für λ3L, λ4L
wählt man nur mit Berücksichtigung der Phasendifferenzauflösung der Auswerteschal
tung. Angenommen, daß die Periodenlänge λ2L = 10 mm, die dem Proportionalkoef
fizient K21 = 20 entspricht, und die Phasendifferenzauflösung der Auswerteschaltung von
der Arctan-Interpolation von den Ausgangsspanungen von Magnetfeldsensoren 9, 10, 11
in diesem Fall mehr 100 sind, folglich kann man λ3L = 10,1 mm und λ4L = 10,001 mm
festsetzen. Man sieht daraus, daß bei der Verschiebung des Sensorkopfs auf die
völlige Meßlänge Lmax = (λ2L)2/(λ4L-λ2L) = 100 m die Phasenveränderungen der
Ausgangsspanungen von Magnetfeldsensor 8 2π.20.104, von Magnetfeldsensoren 9
2π.104, die Phasendifferenzveränderungen der Ausgangsspanungen von Magnetfeldsen
soren 9 und 10 2π.100 und von Magnetfeldsensoren 9 und 11 nur 2π betragen. Die
Absolutposition des Sensorenkopfs 7 gegen den Maßstab wird mit der Auflosung bis
Hälfte von Periodenlänge λ3L der Magnetspur 3 aus der Phasendifferenz der Ausgangs
spanungen von den Magnetfeldsensoren 9, 11 und mit der Auflosung bis Hälfte von der
Periodenlänge λ2L der Magnetspur 2 aus der Phasendifferenz der Ausgangsspanungen
von den Magnetfeldsensoren 9, 10 ermittelt. Danach schätzt man die Absolutposition des
Sensorenkopfs 7 mit Auflosung bis Hälfte von der Periodenlänge λ1L der Magnetspur 1
mit Hilfe von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen des Magnetfeldsensors 9
ab. Danach schätzt man die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 mit der Auflösung der
Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation der Ausgangsspanungen von der Sinus-
Cosinus-Elementen des Magnetfeldsensors 8 ab. Man sieht aus den Beispielen 5 und 2,
daß die maximale Meßlänge, die in diesem Beispiel 100 m beträgt, bei der Anordnung
nach Anspruch 5 bedeutend verbreitert wurde, weil die Zufallsabweichung des
Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung in diesem Fall zu den
gleichen Phasenveränderungen der Ausgangsspanungen von Sensoren 9, 10, 11 führen,
aber auf ihre Phasendifferenz nicht wirken.
Die Ausmaße der Schnitten von magnetisierten Abschnitten der Magnetspuren 2, 3, 4
quer über die Maßstabslängsrichtung wird man zweckmäßig gleich die Breite von
magnetisierten Abschnitten der ersten Magnetspur festsetzen, wie es in Anspruch 6
gewiessen und in Fig. 2 gezeigt ist. Es gestattet einen Typ von Magnetfeldsensoren zu
benutzen. Dabei kann man die Winkelpositionen der Magnetfeldsensoren, die die
Magnetspuren 2, 3, 4 abtasten, stets gleich und dazu wie Senkrechten auf die Maßstabs
längsrichtung, wie es in Anspruch 7 gewiessen und in Fig. 2 gezeigt ist, festsetzen.
Wichtig ist so, daß der Abstände zwischen den Sinus-Cosinus-Elementen jedes
Magnetfeldsensors, der in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung gemessen
werden soll, genau so wie die Hälfte des Ausmaßes der Schnitte von den magnetisierten
Abschnitten der Magnetspuren 2, 3, 4 quer über die Maßstabslängsrichtung sein soll. Es
gestattet nicht nur identische Konstruktion von Magnetfeldsensoren benutzen, sondern
auch alle Magnetfeldsensoren wie ein speziale Chip ausführen und ihre Winkelposi
tionen gleichzeitig verwirklichen, da im beiden Fällen nur kleinen Aufwand benötigt ist.
Die Anordnung, die zur Bestimmung der Absolutposition auf zweien Koordinaten ange
passt ist, wird mit Hilfe von Fig. 3 erklären. In Fig. 3 sind drei Magnetspuren 1, 2, 3, die
früher bei der Bestimmung der Absolutposition nur auf einen Koordinatenachse X
ausgenutzt werden, auf der begrenzenten Oberfläche vom Maßstab 5 schematisch
dargestellt. Zum Beispiel zwecks der Bestimmung der Absolutposition auf zweien
Koordinaten wird der Maßstab nur mit einer zusätzlichen Magnetspur 24 ausgestattet.
Das Ausmaß 25 der Schnitte der magnetisierten Abschnitte der zusätzlichen Magnetspur
24 in der Maßstabslängsrichtung ist gleich die Breite 12 von magnetisierten Abschnitten
der Magnetspur 1. Der im Betrieb der Anordnung sich über diese Magnetspuren 1, 2, 3, 24
beweglichen Sensorenkopf 7 mit den Magnetfeldsensoren 8, 9, 10, 26 ist in der
Zeichnung nach rechts verschoben, damit die Maßstabsstruktur sichtbar wird. Die
Winkelposition des Magnetfeldsensors 26, der die zusätzlichen Magnetspur 24 abtastet,
ist ähnlich der Winkelposition des Magnetfeldsensors 8. Der Versatz zwischen den Sinus-
Cosinus-Elementen der Magnetfeldsensoren 8, 9, 10 und 26 gleich die Hälfte der Breite
von den magnetisierten Abschnitten erster Magnetspur ist. Die Winkelposition der
Magnetfeldsensoren 8, 9 und die Winkelposition der Magnetfeldsensoren 10, 26 sind die
Senkrechten auf den verschieden Koordinatenachsen X und Y. Jeder Magnetfeldsensor 8,
9, 10, 26 tastet seine eigene Magnetspur 1, 2, 3, 24 ab. Jede Magnetspur 1, 2, 3, 24 hat
ihre entsprechenden Abschnitte, die jeweils entgegengesetzt periodisch in positiver und
negativer Richtung magnetisiert sind. Die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten
Abschnitte jeder Magnetspur 1, 2, 3, 24 ist durch die entsprechende Pfeile dargestellt.
Die Ausmaße 20, 21 der Schnitten von magnetisierten Abschnitten der Magnetspuren 2,
3 quer über die Maßstabslängsrichtung (d. h. quer über die Koordinatenachse X) und das
Ausmaß der Schnitten 25 von magnetisierten Abschnitten der zusätzlichen Magnetspur
quer über die Koordinatenachse Y sind gleich die Breite 12 von magnetisierten
Abschnitten der Magnetspur 1. Die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 gegen den
Maßstab (längs der Koordinatenachse X) wird aus der Phasendifferenz der Ausgangs
spanungen von Magnetfeldsensoren 9 und 10 mit Auflösung bis Hälfte von Periodenlänge
λ1L erster Magnetspur 1 ermittelt und danach schätzt man die Absolutposition des
Sensorenkopfs 7 mit der Auflösung der Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation
der Ausgangsspanungen des Sensors 8 von Magnetspur 1 ab (d. h. dieses Prozeß ist früher
im Beispiel 4 beschrieben). Die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 gegen den Maßstab
(längs der Koordinatenachse Y) wird aus der Phasendifferenz der Ausgangsspanungen
von Magnetfeldsensoren 26 und 8 mit Auflösung bis Hälfte von Periodenlänge α2 der
Magnetspur 2 ermittelt. Danach schätzt man die Absolutposition des Sensorenkopfs 7 mit
der Auflösung der Auswerteschaltung von der Arctan-Interpolation der Ausgangs
spanungen des Sensors 9 von der Magnetspur 2 ab. Damit kann man sehen, daß die
Magnetspuren 1 und 2 bei der Ermittlung der Absolutposition längs der Koordinaten
achsen X oder Y und gleichzeitig für die Beseitigung der Einwirkung der Verschiebung
des Sensorkopfs längs der anderen entsprechenden Koordinatenachse (Y oder X) auf die
Positionsermittlung jetzt benutzen werden. Es bedeutet, daß diese Anordnung zur
Bestimmung der Absolutposition auf zweien Koordinaten hat die Anzahl der Magnetfeld
sensoren und Magnetspuren, die auf zwei kleiner als ihre benötigten Anzahl im Fall der
Benutzung der zweien üblichen Einzelanordnungen, jede von deren zur Bestimmung der
Absolutposition auf einer Koordinatenachse dient, ist.
Die Berechnungen von maximalen Meßlänge für eine Koordinate, die bei der Erklärung
der Anordnung nach Anspruch 4 angeführt wurde, sind für zweite Koordinatenachse
(wenn die Anzahl der Magnetspuren, die zur Bestimmung der Absolutposition auf dieser
Koordinatenachse benutzt werden, gleich die Anzahl der Magnetspuren, die zur
Bestimmung der Absolutposition auf anderer Koordinatenachse benutzt werden, ist),
voll berechtigt. Die Ausmaße 27 und 28 (längs der Koordinaten Y und X) jeder
Magnetspur sollen die maximalen Meßlänge längs entsprechender Koordinatenachse
anpassen. In vielen praktischen Fällen ist zweckmäßig alle Magnetspuren auf
verschiedenen untereinanderliegenden Flächen anzuordnen, dabei die Ausmaße des
Maßstabs sich bis den Ausmaßen 27 und 28 der Magnetspuren verringern können.
Auf Grund der Ergebnisse von Beispielen 2-5 erwähnt man die nächste Vorteile der
angebotenen Anordnungen zur Bestimmung Absolutposition:
- - je größer Periodenlänge ist, desto enger die Frequenzbereichen der bearbeiteten Ausgangsspanungen von Magnetfeldsensoren bei der höheren Geschwindigkeit beweg liches Sensorkopfs sind, also können betrachtete Spielarten von der Anordnung zur Bestimmung der Absolutposition wegen größerer Periodenlänge zweiter und nachfolgen den Magnetspuren bei größerer Geschwindigkeit bewegliches Sensorkopfs funktionieren
- - bis 20 mal (bei Anordnung nach Anspruch 5) und bis 200 mal (bei Anordnung nach Anspruch 4) als die maximale Geschwindigkeit vom Prototyp, dabei kann sich die Positionsauflösung nur bis Hälfte der Periodenlänge erster Magnetspur senken;
- - der zusätzliche Positionsfehler kann jetzt (z. B. bei Anordnung nach Anspruch 5) bei der zufälligen Neigung der Achse des beweglichen Sensorkopfs gegen Richtung der Positionsveränderung nur im Fall entstehen, bei dem die zufällige Neigung der Achse des beweglichen Sensorkopfs hundertmal größer (3,58°) als ihren zulässigen Wert 0,0358° (siehe Beispiel 1) vom Prototyp ist;
- - die maximale Meßlänge kann bei dem vierspurigen Maßstab fast die Hälfte des Kilo meters erreichen, dabei können die Ausmaße von magnetisierten Abschnitten aller Magnetspuren durch 1 mm nicht übertreffen;
- - die Anzahl der Magnetspuren und der Magnetfeldsensoren ist bei diesen Anordnungen variabel, die man mit der Berücksichtigung der notwendigen Meßlänge, der zulässigen Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfes in der Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung auswählen kann so, daß die notwendige Anzahl der Magnet spuren und der Magnetfeldsensoren sich auf von 2 bis 5 (bei Meßlänge von etwa 20 mm bis 10 km) beschränkt;
- - bei meist verwendeten Meßlängen auf einer Koordinate (bis 3 m) kann man die dreispurigen Maßstabe benutzen und bei der Bestimmung der Absolutposition auf zweien Koordinaten (bis 0,3.0,3 m2) kann man die vierspurigen Maßstabe benutzen, deshalb diese Anordnungen zur Bestimmung der Absolutposition noch mit dem kleineren Aufwand herstellbar ist;
- - bei der Anordnung zur Bestimmung der Absolutposition auf zweien Koordinaten benutzt man die Anzahl der Magnetfeldsensoren und Magnetspuren, die auf zwei kleiner als ihre benötigten Anzahl im Fall der Benutzung der zweien üblichen Einzelanord nungen, jede von deren zur Bestimmung des Absolutposition auf einer Koordinatenachse dient, ist.
1
die erste Magnetspur ist
2
die zweite Magnetspur ist
3
die dritte Magnetspur ist
4
die vierte Magnetspur ist
5
der Maßstab ist
6
die Maßstabslängsrichtung ist
7
der Sensorenkopf ist
8
der Magnetfeldsensor, der die erste Magnetspur abtastet, ist
9
der Magnetfeldsensor, der die zweite Magnetspur abtastet, ist
10
der Magnetfeldsensor, der die dritte Magnetspur abtastet, ist
11
der Magnetfeldsensor, der die vierte Magnetspur abtastet, ist
12
die Breite des einzelnen magnetisierten Abschnitts der ersten Magnetspur ist
13
die Breite des einzelnen magnetisierten Abschnitts der zweiten Magnetspur ist
14
die Breite des einzelnen magnetisierten Abschnitts der dritten Magnetspur ist
15
die Breite des einzelnen magnetisierten Abschnitts der vierten Magnetspur ist
16
der Neigungswinkel α1
der Ränder von magnetisierten Abschnitten der
ersten Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung ist
17
der Neigungswinkel α2
der Ränder von magnetisierten Abschnitten der
zweiten Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung ist
18
der Neigungswinkel α3
der Ränder von magnetisierten Abschnitten der
dritten Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung ist
19
der Neigungswinkel α4
der Ränder von magnetisierten Abschnitten der
vierten Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung ist
20
das Ausmaß des Schnittes der magnetisierten Abschnitte der zweiten Magnetspur
quer über die Maßstabslängsrichtung ist
21
das Ausmaß des Schnittes der magnetisierten Abschnitte der dritten Magnetspur
quer über die Maßstabslängsrichtung ist
22
das Ausmaß des Schnittes der magnetisierten Abschnitte der vierten Magnetspur
quer über die Maßstabslängsrichtung ist
23
die Halbperiodenlänge der vierten Magnetspur längs der Maßstabslängsrichtung
ist
24
die zusätzliche Magnetspur ist
25
das Ausmaß der Schnitte der magnetisierten Abschnitte der zusätzlichen
Magnetspur in der Maßstabslängsrichtung (längs der Koordinatenachse X) ist
26
der Magnetfeldsensor, der die zusätzliche Magnetspur
24
abtastet, ist
27
das Ausmaß der Magnetspuren längs der Koordinatenachse Y ist
28
das Ausmaß der Magnetspuren längs der Koordinatenachse X ist
Claims (8)
1. Anordnung zur Bestimmung der Absolutposition, bestehend aus einem Maßstab
mit periodischen Magnetspuren, die aus magnetisierten Abschnitten bestehen, und den
zugehörigen Magnetfeldsensoren, die auf den relativ Maßstab beweglichen
Sensorenkopf montiert wird, so daß die Sinus-Cosinus-Elemente von allen
Magnetfeldsensoren, die den entsprechenden Versatz zwischen den seinen Sinus-
Cosinus-Elementen genau gleich die Viertelperiodenlänge der personlichen abgetasteten
Magnetspur haben, und jeweilige Position des Sensorenkopfs gegenüber der
Periodenlänge auf jeder Magnetspur feststellen, wobei der Neigungswinkel der Ränder
von magnetisierten Abschnitten der ersten Magnetspur gegenüber der Maßstabs
längsrichtung einen Wert 90° hat und die Winkelposition des Magnetfeldsensors, der
die erste Magnetspur abtastet, die Senkrechte auf die Ränder von magnetisierten
Abschnitten der ersten Magnetspur ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten der anderen
Magnetspuren gegenüber der Maßstabslängsrichtung die unterschiedlichen
persönlichen Werte kleiner als 90° haben.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel αi der Ränder von magnetisierten Abschnitten der
nachfolgenden Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung den Mindestwert
αi(Δ, Bi-1) hat, der durch die Ungleichheit
αi(Δ, Bi-1) < Arctg[2.Δ.(Sinαi-1)/Bi-1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, αi-1 der Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten der vorangehenden Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung und Bi-1 die Breite von magnetisierten Abschnitten der voran gehenden Magnetspur in der ihrer Magnetisierungsrichtung sind.
αi(Δ, Bi-1) < Arctg[2.Δ.(Sinαi-1)/Bi-1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, αi-1 der Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten der vorangehenden Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung und Bi-1 die Breite von magnetisierten Abschnitten der voran gehenden Magnetspur in der ihrer Magnetisierungsrichtung sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausmaße der Schnitte der magnetisierten Abschnitte von den zweiten und
nachfolgenden Magnetspuren quer über die Maßstabslängsrichtung stets gleich sind.
4. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten der zweiten
Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung den Wert 0° hat.
5. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Neigungswinkel der Ränder von magnetisierten Abschnitten der zweiten
Magnetspur gegenüber der Maßstabslängsrichtung den Mindestwert α2 hat, der durch
die Ungleichheit
α2 < Arctg [2.Δ/B1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, B1 die Breite der magnetisierten Abschnitte der erster Magnetspur ist.
α2 < Arctg [2.Δ/B1]
gegeben ist, wobei Δ die zulässige Amplitude der Zufallsabweichung des Sensorkopfs in Richtung quer über die Maßstabslängsrichtung, B1 die Breite der magnetisierten Abschnitte der erster Magnetspur ist.
6. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausmaß der Schnitte der magnetisierten Abschnitte von den zweiten und
nachfolgenden Magnetspuren quer über die Maßstabslängsrichtung gleich die Breite
von magnetisierten Abschnitten der ersten Magnetspur ist.
7. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Winkelpositionen der Magnetfeldsensoren, die die zweite und nachfolgenden
Magnetspuren abtasten, die Senkrechten auf die Maßstabslängsrichtung sind und der
Versatz zwischen den Sinus-Cosinus-Elementen dieser Magnetfeldsensoren gleich die
Hälfte des Ausmaßes von Schnitten der magnetisierten Abschnitte von den zweiten und
nachfolgenden Magnetspuren quer über die Maßstabslängsrichtung ist.
8. Anordnung nach Ansprüchen 1, 3, 4, 6, 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Maßstab mit den zusätzlichen Magnetspuren ausgestattet werden, das Ausmaß
der Schnitte der magnetisierten Abschnitte von zusätzlichen Magnetspuren in der
Maßstabslängsrichtung gleich die Breite von magnetisierten Abschnitten der ersten
Magnetspur ist die Winkelpositionen der Magnetfeldsensoren, die die zusätzlichen
Magnetspuren abtasten, längs der Maßstabslängsrichtung angeordnet sind und der
Versatz zwischen den Sinus-Cosinus-Elementen dieser Magnetfeldsensoren gleich die
Hälfte der Breite von den magnetisierten Abschnitten erster Magnetspur ist.
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